Fredrik Pettersson Nov 20, ’39

QCM-D和传统QCM的区别

关于探测表面敏感度的技术,你经常会遇到QCM实时检测的方法。QCM这三个字母是石英晶体微天平的缩写,是针对检测非常小物质质量的天平。如果你关注更多仪器方面的知识,你可能已经注意到,QCM系列有许多类型,如QCM-D。那么他们之间的区别又是什么呢?不同于传统的QCM,QCM-D中添加一个额外的参数D是耗散因子。耗散因子提供了芯片表面吸附层的软硬度的实时信息,也被称为粘弹性。这意味着,QCM-D能够比传统的QCM提供更多关于研究系统的信息.

什么是耗散?

QCM-D测量耗散,但这个参数是什么,它是由什么组成的,它意味着什么?有时耗散也被称为振荡中的芯片的阻尼。耗散的严格定义是每个振荡周期内系统能量损失的总和。如果用一个方程来描述,它可以写成1/Q,其中Q是所用振荡器的品质因子。定义耗散的另一种方法是用每个振荡周期的能量损耗除以系统中的总能量。

说了这么多概念性的东西,但这与实际实验有什么关系呢?如前所述,耗散与芯片表面吸附层的软硬度有关。一个刚性材料沉积在芯片表面将跟随芯片一起振动而不发生形变。在这种情况下,刚性材料不会抑制振荡,检测到的耗散值将是低的。而另一方面,软薄膜将不能完全跟随芯片一起振动。这意味着它将在测试过程中发生形变。软薄膜会抑制振荡并产生高的耗散。因此,耗散参数提供了芯片表面所沉积薄膜的软硬度或粘弹性的实时性质,这使得监测构象变化成为可能。

为什么测量能量耗散是很重要的?

尽可能多收集正在研究的系统的相关信息当然是有利的,但耗散信息真的是必须的么?

耗散参数有三个重要方面:

第一,耗散揭示了研究的系统随时间定性变化的关系。

其次,它提供了吸附物质的关键信息,如量化的质量,厚度和粘弹性性能。

第三,耗散揭示了一个粘弹性或刚性薄膜的模型是否应该使用。刚性膜的质量可以使用Sauerbrey方程计算,只需要输入一个单一的谐波共振频率;多参数拟合需要至少一段时间F和D值相对于时间的变化。一般来说倍频越多拟合结果就越好。

 

更深入地讨论刚才说到的第一点,即对所研究系统的时间分辨行为进行定性了解,耗散参数将从收集到的倍频频率中补充吸附物质的信息。同时捕捉到的两个参数F和D将绘制吸附物质在表面上排列的状态,以及排列如何随时间变化;一个QCM芯片的频率响应反映了它表面上耦合质量的变化,包括被困在分子层间的溶剂的质量。耗散反映了薄膜的软硬度。监测这两个作为时间函数的参数,即可对分子是否平躺在表面(刚性膜和水合程度低);或是伸展构型(软膜和水合程度高);以及如果有重排,例如溶胀(从平躺到延伸)或塌缩(从延伸到平躺)等这些变化进行检测。

QCM-D优于QCM的三点

综上所述,相比于传统的QCM,耗散参数提供了三个重要的优势:

  1. 它定性提供了与吸附物质薄膜的软硬度相关的信息和软硬度随时间变化的信息。
  2. 它提供了量化模型的关键信息。
  3. 它提供了粘弹性膜的模型基本要素。

D值还能帮助你对你的实验的理解带来了什么额外的信息?你能全面地了解正在研究的系统中薄膜的溶剂含量、纳米结构或排列方式吗?探索耗散的潜能并在下面的评论中分享你的故事和问题。

 

  1. 下面是来自我们的一位用户的评价:

“I can tell you that for every electron moved, this amount of mass changed. That’s powerful. You can’t really get that with any other system.”

Jodie Lutkenhaus, Associate Professor, Texas A&M University

 

白皮书:QCM-D  VS 其他QCMs 

 

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